Efecto del silenciamiento de genes GPX sobre la actividad enzimas antioxidantes y patrones de metilación de DNA en arroz (Oryza sativa)

Abstract

La enzima glutatión peroxidasa (GPX) cataliza la reducción de H2O2. Además, es posible que actúe como sensor redox, en el proceso de monitorear el estado oxidativo en células vegetales. Con el propósito de comprobar la anterior hipótesis y estudiar los efectos del estrés oxidativo sobre marcas epigenéticas, se evaluó la actividad de enzimas antioxidantes y patrones de metilación de DNA en líneas de arroz con genes GPX silenciados. Seis plantas de arroz GPXs (3 líneas para cada isoforma mitocondrial GPX1 y GPX3) se utilizaron en los experimentos. El ensayo se estableció en un diseño bloques completos al azar con tres réplicas. En época de floración, se evaluaron variables morfofisiológicas, la actividad de cinco enzimas antioxidantes y se cuantificó el contenido de metilación de DNA global y sitio específico. Los resultados de correlación indican que la deficiencia de GPX redujo significativamente (p0.05) la actividad de proteínas antioxidantes como glutatión reductasa (GR) y catalasa (CAT) (r=0.88 y 0.52, respectivamente) en líneas GPXs. La reducción de la actividad enzimática antioxidante en plantas GPXs es acompañada de la disminución significativa (p0.05) en los niveles de metilación global hasta en 41%. No obstante, plantas GPXs conservan valores de metilación para secuencias CG, mientras que las secuencias CHH tienden a la hipermetilación. Con todo, la deficiencia de genes GPX afectó significativamente (p0.05) el vigor (biomasa de hojas, raíz y semilla) en plantas GPXs. Los resultados respaldan la hipótesis que atribuye a la enzima GPX la función de sensor redox y revela que la deficiencia enzimática antioxidante provoca alteraciones específicas en patrones de metilación de DNA.

//Abstract: Enzyme glutathione peroxidase (GPX) catalyze the reduction of H2O2. In addition, it is possible that they act as a redox sensor, in the process of monitoring the oxidative state in plant cells. In order to verify the previous hypothesis and study the effects of oxidative stress on epigenetic marks, the activity of antioxidant enzymes and DNA methylation patterns in lines with Knockdown GPX genes (GPXs) was evaluated. Six rice GPXs plants (3 lines for each mitochondrial isoform GPX1 and GPX3) were used in the experiments. The trial was established in a randomized complete blocks design with three replicas. At flowering time, morphophysiological variable, the activity of five antioxidant enzymes was evaluated and the methylation content of global DNA and specific site was quantified. The correlation results indicate that the GPX deficiency significantly reduced (p0.05) the activity of antioxidant proteins such as GR and CAT (r = 0.88 and 0.52, respectively) in GPXs lines. The reduction of enzymatic antioxidant activity in GPXs plants is accompanied by a significant decrease (p 0.05) in the levels of global methylation up to 41%. However, GPXs plants retain methylation values for CG sequences, while CHH sequences tend to hypermethylation. Thus, Knockdown GPX genes significantly affected (p0.05) vigor (leaf, root and seed biomass) in GPX plants. The results support the hypothesis that GPX enzyme attributes the role of redox sensor and reveals that antioxidant enzymatic deficiency causes specific alterations in DNA methylation patterns.